信亮

（遼寧省河庫管理服務(wù)中心（遼寧省水文局），遼寧沈陽 110001）

0 引言

河岸工程的安全建設(shè)與邊坡的穩(wěn)定性密切相關(guān)，通過理論分析、數(shù)值模擬和工程措施來預(yù)測(cè)邊坡的穩(wěn)定性，可以避免邊坡破壞，減少人員傷亡[1-3]。植被是目前世界上公認(rèn)的加固邊坡措施，植被覆蓋不僅提高了邊坡的穩(wěn)定性，還減少了雨水侵蝕造成的土壤流失，是一種低成本且環(huán)境友好型的護(hù)岸方法[4]。

袁海莉[5]建立了根系植入邊坡的二維平面模型，并分析了在邊坡土體自重作用下的根系主根軸力分布與塑性破壞時(shí)的坡體內(nèi)位移分布；穆奎等[6]分析了植物護(hù)坡工程技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展前景；許英姿等[7]基于不同指標(biāo)的權(quán)重綜合比較了植被根系護(hù)坡效果的優(yōu)劣；蔣希雁等[8]選擇高羊茅和小葉黃楊植被土，采用現(xiàn)場(chǎng)雙環(huán)入滲試驗(yàn)分析入滲體積和滲透系數(shù)的變化，研究根系對(duì)入滲性能的影響；廖文華等[9]分析了TBS技術(shù)的基本原理，詳細(xì)探討了在實(shí)際工程中的植物搭配和施工工藝流程；唐林強(qiáng)等[10]通過對(duì)比裸露邊坡、植草邊坡、ARVS系統(tǒng)防護(hù)邊坡降雨后的土體變形數(shù)據(jù)，評(píng)估ARVS系統(tǒng)防護(hù)膨脹土邊坡的有效性；高素芳等[11]針對(duì)高陡巖質(zhì)邊坡植被綠化困難的問題，提出利用植生孔栽植抗旱植被的綠化方法；覃仁浩[12]基于實(shí)際情況，詳細(xì)論述了當(dāng)下生態(tài)型護(hù)坡施工技術(shù)的具體功能和技術(shù)優(yōu)勢(shì)；田振華等[13]基于床面切應(yīng)力對(duì)植被的曳引作用，設(shè)計(jì)了一套流速范圍在1.5～6.0 m/s的裝配式恒定有壓流沖刷裝置；黃艷婷[14]通過有限元軟件建立植被護(hù)坡模型，分析不同時(shí)期根系形態(tài)、種植密度和邊坡角度對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。

1 工程概況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探結(jié)果，此次分析的邊坡主要為殘積粘性土，呈褐黃、灰白色，稍濕，硬塑，局部可塑，粘性較差，石英砂含量20%～30%，遇水易軟化、崩解。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)分析得出，其物理性質(zhì)：密度1.90 g/m3，干密度1.47 g/m3，含水率22%，塑限含水率27%，液限含水率55%，塑性與液性指數(shù)分別為0.26，0.28。地表水主要受降雨補(bǔ)給，區(qū)內(nèi)地下水賦存于全新統(tǒng)（上更新統(tǒng)）砂性土層及基巖裂隙中。地下水隨季節(jié)變化與地表水呈互補(bǔ)關(guān)系，雨季（4—9月）地下水位較高，旱季（10月至次年3月）地下水位較低，場(chǎng)地地下水位的年變化幅度為1.0～2.0 m。

2 模型建立

物理模型是以1∶2.5的坡度制造一個(gè)玻璃箱，模型的長度、寬度、高度分別為900.00，600.00，600.00 mm，邊坡模型如圖1所示。模型中填充了從東北某區(qū)域收集的密度均勻的土壤，土壤物理性質(zhì)見表1，模型的土壤密度與收集土壤的現(xiàn)場(chǎng)條件相似。為了使模型中的土體密度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，用重2.5 kg的錘子分8層壓實(shí)土壤，每層厚75.0 mm，落差為304.80 mm。此次一共制作了兩個(gè)模型來模擬植被護(hù)坡效果，一個(gè)為裸土模型，另一個(gè)為有植被的模型。對(duì)于植被模型，采用香根草護(hù)坡，中心間距為100.00 mm，觀察其生長90 d后的物理狀況，測(cè)量出平均根冠長35.6 cm，如圖2所示。

為了模擬人工降雨，此次還設(shè)計(jì)了便攜式穿孔鋼托盤降雨模擬器（1 220.00 mm×910.00 mm×50.00 mm）。該模擬器包括一個(gè)1.11 m2的矩形托盤，由低碳鋼制成，帶有基于管道供應(yīng)的供水連接系統(tǒng)，能夠模擬任何人工降雨。在坡腳上方3.0 m的高度上，模擬器可以產(chǎn)生188 mm/h的降雨強(qiáng)度，雨滴大小分布略大于自然降雨。

圖1 邊坡室內(nèi)模型（單位：mm）

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 植被對(duì)坡體滲水的影響

地表徑流量指降水一旦超過下滲強(qiáng)度，超過的水量可能暫時(shí)留于地表，當(dāng)?shù)乇碣A留量達(dá)到一定限度時(shí)，即向低處流動(dòng)，成為地表水而匯入溪流的水量，此過程的水量稱為地表徑流量。圖3為每次試驗(yàn)達(dá)到0.01 mm地表徑流的時(shí)間與邊坡滲水體積的關(guān)系。由圖3可知，達(dá)到同一地表徑流量所需時(shí)間逐漸減少，這是由于降雨條件下土壤內(nèi)的保水性隨著時(shí)間的推移而減少，同時(shí)在地表水徑流量相同的情況下（每次0.01 mm），滲透邊坡內(nèi)水的體積隨著時(shí)間的推移而減少。此外，由于香根草根系吸收并保留水分，模型底部的含水量高于模型頂部；裸土邊坡破壞十分明顯，坡度幾乎水平，而有植被護(hù)坡的邊坡幾乎保持原貌。因此，植被對(duì)邊坡有較好的加固作用。

圖2 植被布置間距（單位：mm）

表1 土體物理性質(zhì)

圖3 單次試驗(yàn)達(dá)到0.01 mm地表徑流量時(shí)間和坡體滲流體積的關(guān)系

3.2 坡體表面侵蝕

由圖4可知，侵蝕土壤（在有植被條件下）的累積干重（初始2～10 min降雨量）隨時(shí)間的增加而增加，但與初始部分相比，增長率逐漸減小。裸土邊坡累積干重在降雨的后期（10～30 min）隨時(shí)間呈指數(shù)增長，這表明香根草在防止土壤侵蝕方面比裸土更有效。此次試驗(yàn)，裸土產(chǎn)沙量為47.8 kg/m2，比有根邊坡的產(chǎn)沙量（11.6 kg/m2）高出近4倍。對(duì)于植被邊坡，降雨60.00 mm后侵蝕停止。

圖4 累計(jì)土壤損失量變化規(guī)律

4 結(jié)語

研究結(jié)果表明，在地表水徑流總量相同的情況下，滲透進(jìn)植被邊坡內(nèi)水的體積隨著時(shí)間的推移而減少；裸土邊坡在降雨下破壞十分明顯，坡度幾乎水平，而植被護(hù)坡后，邊坡幾乎保持原來的樣貌；裸土產(chǎn)沙量遠(yuǎn)高于有根邊坡的產(chǎn)沙量。因此，從岸坡穩(wěn)定性和土壤流失結(jié)果來看，植被能夠起到有效的護(hù)岸和護(hù)坡效果，具有一定工程實(shí)用性，研究成果可為相關(guān)工程提供參考。